(57)【要約】【課題】  半導体装置の製造工程において、プラズマ窒化処理によって絶縁膜中に導入される窒素量を定量する方法を提供する。【解決手段】  シリコン基板１１の全面にシリコン酸化膜１２を形成する工程と、薄膜部３０のシリコン酸化膜１２をエッチングで除去する工程と、厚膜部２０及び薄膜部３０の絶縁膜の膜厚を測定する工程と、厚膜部２０及び薄膜部３０の表面を窒化する工程と、厚膜部領域２０及び薄膜部領域３０の表面をウエット酸化する工程と、厚膜部領域２０及び薄膜部領域３０の絶縁膜１６、１７の膜厚を測定する工程と、測定された絶縁膜１６、１７の膜厚に基づいて、窒化する工程により導入された窒素量を定量する工程とを備える。【選択図】  図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シリコンの表面を窒化する工程と、
前記窒化されたシリコンの表面をウエット酸化する工程と、
前記ウエット酸化されたシリコンの表面に形成された絶縁膜の膜厚を測定する工程と、
前記測定された絶縁膜の膜厚に基づいて、前記窒化する工程により導入された窒素量を定量する工程とを備えることを特徴とする窒素の定量方法。
【請求項２】
シリコンの表面に酸化シリコンを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記形成された絶縁膜の膜厚を測定して、第１の測定膜厚とする工程と、
前記形成された絶縁膜の表面を窒化する工程と、
前記窒化された絶縁膜の表面をウエット酸化する工程と、
前記ウエット酸化された絶縁膜の膜厚を測定して、第２の測定膜厚とする工程と、
前記第１の測定膜厚と前記第２の測定膜厚との際に基づいて、前記窒化する工程により導入された窒素量を定量する工程とを備えることを特徴とする窒素の定量方法。
【請求項３】
前記膜厚測定を分光又は単波長エリプソメトリーで行う、請求項１又は２に記載の窒素量の定量方法。
【請求項４】
前記ウエット酸化する工程は、シリコンの表面に２〜５ｎｍ厚みのシリコン酸化膜を形成するプロセス条件で行う、請求項１〜３の何れか一に記載の窒素の定量方法。
【請求項５】
定量する窒素量が、前記絶縁膜中で５〜２５ａｔｏｍ％の範囲の窒素量である、請求項１〜４の何れか一に記載の窒素の定量方法。
【請求項６】
シリコン基板の表面に酸化シリコンを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の第１の部分に前記絶縁膜を残し、第２の部分から前記絶縁膜を除去する工程と、
前記第２の部分の絶縁膜の膜厚を測定して、第１の測定膜厚とする工程と、
前記第１の部分及び前記第２の部分の表面を窒化する工程と、
前記第２の部分で絶縁膜の膜厚を測定して、第２の測定膜厚とする工程と、
前記第１の部分及び第２の部分の表面をウエット酸化する工程と、
前記第２の部分で絶縁膜の膜厚を測定して、第３の測定膜厚とする工程と、
前記第１の測定膜厚と前記第３の測定膜厚との差に基づいて、前記窒化する工程により前記第２の部分に導入された窒素量を定量する工程とを順次に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項７】
シリコン基板の表面に酸化シリコンを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の第１の部分に前記絶縁膜を残し、第２の部分から前記絶縁膜を除去する工程と、
前記第１の部分の絶縁膜の膜厚を測定して、第１の測定膜厚とする工程と、
前記第１の部分及び前記第２の部分の表面を窒化する工程と、
前記第１の部分で絶縁膜の膜厚を測定して、第２の測定膜厚とする工程と、
前記第１の部分及び第２の部分の表面をウエット酸化する工程と、
前記第１の部分で絶縁膜の膜厚を測定して、第３の測定膜厚とする工程と、
前記第１の測定膜厚と前記第３の測定膜厚との差に基づいて、前記窒化する工程により前記第１の部分に導入された窒素量を定量する工程とを順次に備えることを特徴とする半導体装置の製造方法。
【請求項８】
前記第１の測定膜厚と前記第２の測定膜厚との差に基づいて、前記定量した窒素量を評価する、請求項６又は７に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項９】
前記第３の測定膜厚を測定する工程の後に、前記第１及び第２の部分を窒化する工程を更に備える、請求項６〜８の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１０】
前記膜厚測定を分光又は単波長エリプソメトリーで行う、請求項６〜９の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１１】
前記ウエット酸化する工程は、シリコン基板の表面に２〜５ｎｍ厚みのシリコン酸化膜を形成するプロセス条件で行う、請求項６〜１０の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【請求項１２】
定量する窒素量が、絶縁膜中で５〜２５ａｔｏｍ％の範囲の窒素量である、請求項６〜１１の何れか一に記載の半導体装置の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、窒素量の定量方法に関し、特に、半導体装置内に形成されるシリコン酸窒化膜の窒素量のモニターに好適な窒素の定量方法に関する。本発明は、更に、このような窒素の定量方法を含む半導体装置の製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
半導体装置では、一般的に、不純物が拡散されたシリコン層をゲート電極として用いている。これら不純物が拡散されたゲート電極の内でも、ｐ型の不純物としてボロンが導入されたｐ型ゲート電極では、その後の熱処理により、ボロンがＳｉ基板にまで漏れ出し、トランジスタの閾値電圧が変動するという問題がある。このボロン漏れ量が、ウェーハ面内で、或いは、ウエハ間やロット間などでばらつきがなく一定であれば、閾値電圧の変動分を織り込んだ上で、デバイス設計を行なうことが可能である。しかし、実際の半導体製造プロセスでは、酸化膜厚、熱処理量、不純物ドーズ量などにばらつきがあるため、ボロン漏れ量もばらついてしまい、たとえ閾値電圧の変動分を織り込んだとしても、安定な閾値電圧は得られない。
【０００３】
上記ボロン漏れに対する対策として、従来から半導体装置の製造プロセスに取り入れられているプラズマ窒化プロセスは、ゲート電極とゲート酸化膜との間にシリコン窒化層を形成し、ゲート電極から基板表面へのボロン漏れをブロックするものである。このプラズマ窒化プロセスは、酸化膜厚や、熱処理量、不純物ドーズ量などのばらつきに依存することなくボロン漏れを防ぐことを目指しているが、過剰な窒化は窒素元素に起因する固定電化の増大や、界面準位密度の増加をもたらすことが懸念される。このため、ボロン漏れがある程度防止でき、且つ、固定電化や界面準位密度の影響が最小限に抑えられるようにプロセス条件を制御するためには、シリコン酸窒化膜中の窒素量について精度が高い定量が必要である。
【０００４】
従来技術では、シリコン酸窒化膜中の窒素量の測定は、光電子分光法（ＸＰＳ：X-ray Photoelectron Spectroscopy）や２次イオン質量分析法（ＳＩＭＳ：Secondary Ion Mass Spectroscopy）による測定が一般的である。しかし、これらの測定方法は、定常的なモニターには不向きである。従って、これらの測定に代えて、分光偏光解析法（分光エリプソメトリー）又は単波長エリプソメトリーで計測されるプラズマ窒化前後の膜厚の変動量を測定することにより、窒素量の定量を行うことが試みられている。分光エリプソメトリーを利用した窒素量の定量は、例えば特許文献１に記載されている。
【特許文献１】特開２００３−１６３２１３号公報
【特許文献２】特開２００４−３４２６５６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来技術で採用されている、分光又は単波長エリプソメトリーで測定されるプラズマ窒化処理前後の膜厚変動量に基づいて窒素量の推定を行う方法には、以下の問題があった。
（１）酸化膜表面のプラズマ窒化では、膜厚変動量が小さいので、窒素量の正確な定量が困難である。
（２）Ｓｉ基板の表面に、直接にプラズマ窒化を行なった場合には、プラズマ窒化後の薄膜は、膜厚が２ｎｍ程度の小さな薄膜であるため、測定装置に依存する誤差が大きく、また、所望の測定精度が得られない。
（３）酸化膜及びＳｉ基板の何れの表面のプラズマ窒化の場合にも、プラズマ窒化後の表面状態が不安定であるため、容易にクリーンルーム内の水分やカーボンを膜中に取り込んでしまい、測定される膜厚が経時的に増大する。このため、窒素量定量の精度が低下する。
【０００６】
上記のように、従来技術では、精度が高くまた測定装置に依存せずに絶縁膜中の窒素量をモニターする適当な手段が知られておらず、半導体装置の製造に際しプラズマ窒化プロセスを管理してゆく上で、定常的に且つ再現性良く、プラズマ窒化によって導入される窒素量の定量が可能な手法の確立が必須の技術的課題になっている。
【０００７】
本発明は、上記に鑑み、半導体装置の製造などに際して、精度が高くまた測定装置に依存せずに、プラズマ窒化処理によってシリコン基板又は絶縁膜中に導入される窒素量を定量できる、窒素量の定量方法を提供することを目的とする。
【０００８】
また、本発明は、半導体装置の実際の製品を製造する工程中においても、プラズマ窒化処理によってシリコン基板又は絶縁膜中に導入される窒素量を定量できるように改良された半導体装置の製造方法を提供することをも目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記目的を達成するために、本発明の第１の視点に係る窒素の定量方法は、
シリコンの表面を窒化する工程と、
前記窒化されたシリコンの表面をウエット酸化する工程と、
前記ウエット酸化されたシリコンの表面に形成された絶縁膜の膜厚を測定する工程と、
前記測定された絶縁膜の膜厚に基づいて、前記窒化する工程により導入された窒素量を定量する工程とを備えることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明の第２の視点に係る窒素の定量方法は、
シリコンの表面に酸化シリコンを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記形成された絶縁膜の膜厚を測定して第１の測定膜厚とする工程と、
前記形成された絶縁膜の表面を窒化する工程と、
前記窒化された絶縁膜の表面をウエット酸化する工程と、
前記ウエット酸化された絶縁膜の膜厚を測定して第２の測定膜厚とする工程と、
前記第１の測定膜厚と前記第２の測定膜厚との際に基づいて、前記窒化する工程により導入された窒素量を定量する工程とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明の第３の視点に係る半導体装置の製造方法は、
シリコン基板の表面に酸化シリコンを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の第１の部分に前記絶縁膜を残し、第２の部分から絶縁膜を除去する工程と、
前記第２の部分の絶縁膜の膜厚を測定して、第１の測定膜厚とする工程と、
前記第１の部分及び前記第２の部分の表面を窒化する工程と、
前記第２の部分で絶縁膜の膜厚を測定して、第２の測定膜厚とする工程と、
前記第１の部分及び第２の部分の表面をウエット酸化する工程と、
前記第２の部分で絶縁膜の膜厚を測定して、第３の測定膜厚とする工程と、
前記第１の測定膜厚と前記第３の測定膜厚との差に基づいて、前記窒化する工程により前記第２の部分に導入された窒素量を定量する工程とを順次に備えることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明の第４の視点に係る半導体装置の製造方法は、
シリコン基板の表面に酸化シリコンを含む絶縁膜を形成する工程と、
前記シリコン基板の第１の部分に前記絶縁膜を残し、第２の部分から絶縁膜を除去する工程と、
前記第１の部分の絶縁膜の膜厚を測定して、第１の測定膜厚とする工程と、
前記第１の部分及び前記第２の部分の表面を窒化する工程と、
前記第１の部分で絶縁膜の膜厚を測定して、第２の測定膜厚とする工程と、
前記第１の部分及び第２の部分の表面をウエット酸化する工程と、
前記第１の部分で絶縁膜の膜厚を測定して、第３の測定膜厚とする工程と、
前記第１の測定膜厚と前記第３の測定膜厚との差に基づいて、前記窒化する工程により前記第１の部分に導入された窒素量を定量する工程とを順次に備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１３】
本発明の第１〜第４の視点に係る方法によると、窒化する工程と窒化する工程の後で行われるウエット酸化工程とによって形成される絶縁膜の膜厚、又は、これらの工程によって増加する絶縁膜の膜厚と、窒化する工程で導入される窒素量との間には、大きな相関関係があるので、窒化する工程の前の絶縁膜の測定膜厚と、ウエット酸化後の絶縁膜の測定膜厚との差を求めることにより、窒化する工程で導入された窒素の定量が可能である。ここで、求められる膜厚差は比較的大きな差であるので、測定装置に依存する度合いが小さく、且つ、精度が高く窒素量の定量が可能となる。
【００１４】
本発明の窒素の定量方法、及び、半導体装置の製造方法では、前記膜厚の測定を分光又は単波長エリプソメトリーで行うことが好ましい。この場合、精度の高い膜厚測定が可能である。
【００１５】
また、前記ウエット酸化する工程は、シリコンの表面に２〜５ｎｍ厚みのシリコン酸化膜を形成するようなプロセス条件で行うことも本発明の好ましい態様である。この場合、ウエット酸化におけるプロセス条件のばらつきによって影響を受けることが少なく、また、導入された窒素がウエット酸化によってさほど失われることなくウエット酸化が行われ、窒素量の定量における精度が向上する。
【００１６】
本発明で定量する際に好適な窒素量は、絶縁膜中で５〜２５ａｔｏｍ％の範囲の窒素量である。この範囲の窒素量の定量に特に有効である旨が実験によって確認されている。
【００１７】
本発明の半導体装置の製造方法の好ましい態様では、前記第１の測定膜厚と前記第２の測定膜厚との差に基づいて、前記定量した窒素量を評価する。ウエット酸化におけるプロセス条件のばらつきの程度によっては、絶縁膜の膜厚の増加に変動が生じるため、第１の測定膜厚と第２の測定膜厚との差を調べることで、定量した窒素量が妥当であるか否かの評価が可能になる。
【００１８】
本発明の半導体装置の製造方法では、前記第３の測定膜厚を測定する工程の後に、前記第１及び第２の部分をプラズマ窒化する工程を更に備えることも出来る。この場合、実際に半導体装置をマルチオキサイドプロセスで製造する工程に整合させて本発明の半導体装置の製造方法を実施できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の実施形態の説明に先立って、本発明の原理を説明する。本発明に従う窒素量の定量方法を評価するため、以下の試験を行った。まず、Ｓｉ基板上で直接にプラズマ窒化を行なったサンプルに、シリコン表面上で３．４ｎｍのシリコン酸化膜を形成する条件でのウェット酸化を行い、このウエット酸化後の膜厚の大小から窒素量をモニターすることとした。図１にＸＰＳ法で測定した窒素量測定値（横軸）と、Ｓｉ基板上で直接にプラズマ窒化を行った後に、前記３．４ｎｍ条件のウェット酸化を行なったときの酸化前後での膜厚変化の測定値（縦軸）との相関を示す。窒素量５〜２０ａｔｏｍ％の範囲では、ＸＰＳで測定した窒素量に依存して、膜厚変化量が増加していることから、本発明に従う窒素量定量の手法は、少なくとも上記範囲の窒素量については、プラズマ窒化による窒素量を定量する手段として有効であることが分かる。
【００２０】
次に、本発明による窒素量の定量における測定精度について考察する。本実施形態による手法では、測定する膜厚は３ｎｍの近傍にあり、また、窒素量が１０ａｔｏｍ％〜２０aｔｏｍ％までに変化する間に、膜厚変化が２．９ｎｍから３．４ｎｍの範囲で変動していることから、プラズマ窒化による膜厚の変動幅も０．５ｎｍ／１０ａｔｏｍ％と比較的大きい。つまり、窒素量変動に際して充分な膜厚変動があるため、測定精度についても高い精度が得られるものと考えられる。従って、従来の課題として掲げた（１）および（２）の問題に対する改善策として有効である。また、（３）の問題の改善に関しては、プラズマ窒化後にウェット酸化処理を行なっているため、膜表面の殆どが、酸素原子、シリコン原子、窒素原子又は水素原子で終端されることになり、ウエット酸化後に経時的な膜厚変動が起こりにくいことが挙げられる。
【００２１】
上記実験は、シリコン基板の表面に直接にプラズマ窒化を行った場合について行ったが、シリコン基板の表面に形成したシリコン酸化膜の表面でプラズマ窒化を行った場合にも、同様な結果が得られることが分かった。従って、本発明の窒素の定量方法は、シリコン基板表面に直接に窒化処理を行った場合と、酸化膜表面上で窒化処理を行った場合の双方に適用可能である。
【００２２】
以下、本発明の実施形態の構成について詳細に説明する。図２は、本発明の一実施形態に係る窒素量モニター方法における処理を示すフローチャートであり、図３（ａ）〜（ｄ）はそれぞれ、その方法を実施する際の半導体装置の状態を順次に示す断面図である。本実施形態は、１つの基板上に厚みが異なる複数のゲート酸化膜を形成するプロセス、いわゆるマルチオキサイドプロセスを用いる半導体装置の製造に本発明方法を適用した例である。例えば、ＤＲＡＭなどの半導体メモリ装置では、メモリセル領域と周辺回路領域とでは、異なるゲート酸化膜を有するＭＯＳトランジスタが用いられる。マルチオキサイドプロセスは、例えば特許文献２に記載されている。
【００２３】
まず、図３（ａ）に示すように、Ｓｉ基板１１上に、第１ゲート酸化プロセスとして、酸化膜１２を例えば熱酸化法により形成する（図２、ステップＳ１）。次いで、フォトレジスト膜を全面に形成し、Ｓｉ基板１１の領域を、厚いゲート酸化膜が形成される厚膜部領域２０、及び、薄いゲート酸化膜が形成される薄膜部領域３０の２つの領域に区分し、薄膜部領域３０のフォトレジスト膜をフォトリソグラフィー及びウエットエッチング工程によって除去する。これによって、パターニングされたフォトレジスト膜１３を形成する（ステップＳ２）。次いで、このフォトレジスト膜１３をエッチングマスクとして、薄膜部領域３０の酸化膜１２を選択的に除去することで、図３（ａ）の構造を得る（ステップＳ３）。
【００２４】
次いで、図３（ｂ）に示すように、厚膜部領域２０に残されているフォトレジスト膜１３を剥離する（ステップＳ４）。引き続き、厚膜部領域２０及び薄膜部領域３０の膜厚を測定する第１の膜厚測定を実行する（ステップＳ５）。更に、厚膜部領域２０及び薄膜部領域３０の双方に、窒素雰囲気下で、且つ、１００℃程度以上の温度でプラズマ窒化処理を実施する（ステップＳ６）。このプラズマ窒化処理に後続して、厚膜部領域２０でシリコン酸窒化膜１４の膜厚測定を行い、薄膜部領域３０でシリコン窒化膜１５の膜厚測定を行う第２の膜厚測定を行なう（ステップＳ７）。その後、厚膜部領域２０及び薄膜部領域３０の双方で、ウエットエッチングを利用して、表面を酸化する第２のゲート酸化処理を行い（ステップＳ８）、更に、その後に厚膜部領域２０及び薄膜部領域３０の双方でシリコン酸化膜（絶縁膜）１６、１７の膜厚測定を行う第３の膜厚測定を行う（ステップＳ９）。第１の膜厚測定で得られた膜厚と第３の膜厚測定で得られた膜厚との差を求め、図１に示したと同様なグラフに従って、プラズマ窒化処理で導入された窒素量の定量を行う（ステップＳ１０）。なお、上記膜厚測定は、全て分光又は単波長エリプソメトリーで行う。
【００２５】
上記本発明の実施形態に係る窒素量の定量プロセスは、従来のマルチオキサイドプロセスで実行されるステップに追加して、モニター用のプラズマ窒化処理を行うステップＳ６と、第１〜第３の膜厚測定ステップＳ５、Ｓ７、Ｓ９とを追加したものである。また、例えば特許文献１に記載された従来の窒素量モニターのプロセスに追加して、ウエット酸化ステップＳ８、及び、第３の膜厚測定ステップＳ９を実施したものである。つまり、本実施形態の方法は、半導体装置を実際に製造する従来のマルチオキサイドプロセスに、僅かなステップ数を追加してモニターしたい条件でプラズマ窒化処理を行い、その条件で導入される窒素量の定量を可能としたものである。また、従来の手法による窒素量の定量と、本発明の手法による窒素量の定量とを、同じ半導体装置上で実施して、導入される窒素量を製品上で継続的にモニターするものである。
【００２６】
上記実施形態の方法では、ステップＳ９の第３の膜厚測定で測定される薄膜部領域３０の膜厚は、Ｓｉ基板１１上でプラズマ窒化処理（ステップＳ６）を行なった後に、ウェット酸化（ステップＳ８）を追加した後の膜厚であるため、この実施形態のプロセスは、図１に示した評価内容と実質的に同じ処理を行なっている。また、第２の膜厚測定（ステップＳ７）で測定される薄膜部領域３０の膜厚と、第１の膜厚測定（ステップＳ５）で測定される薄膜部領域３０の膜厚との差は、Ｓｉ基板１１表面上でのプラズマ窒化処理（ステップＳ６）による増膜量に相当し、且つ、第１の膜厚測定（ステップＳ５）で測定される厚膜部領域２０の膜厚と、第２の膜厚測定（ステップＳ７）により測定される厚膜部領域２０の膜厚との差は、酸化膜１２表面上でのプラズマ窒化（ステップＳ６）による増膜量に相当している。従って、図２のプロセスは、従来方法であるプラズマ窒化による増膜量による窒素量モニターと、本発明で提案する、プラズマ窒化後にウェット酸化を実施し、その前後の膜厚差の計測による窒素量モニターとを同じ半導体装置上で実行することになる。このため、製品上で図２の処理を実施し続けることにより、従来方法での測定値と本発明が提案する手法による測定値との間の相関データの取得が可能になる。
【００２７】
従来方法による測定値と、本発明の手法による測定値との相関データを取り続ける理由は下記の通りである。つまり、従来方法では、プラズマ窒化前後の酸化膜上の膜厚変化、及び、Ｓｉ基板上の膜厚変化を測定しているのに対し、本発明による手法では、プラズマ窒化による膜厚変化とウェット酸化による膜厚変化とをまとめて、一度に測定する。このため、本発明による手法では、ウェット酸化による膜厚変化がそのプロセス条件などにより変動すると、モニターされる窒素量がこれに起因してずれてしまう。このため、図２のプロセスでは、第１の膜厚測定と第２の膜厚測定とを常に実施しておくことにより、仮にウェット酸化量がずれた場合でも、双方の手法で測定される測定値の相関データから、定量された窒素量の評価が可能になるものである。なお、図２のプロセスは、従来から半導体装置の製品の製造に使用されているマルチオキサイドプロセスに、プラズマ窒化工程（ステップＳ６）と、第１〜第３の膜厚測定工程（ステップＳ５、Ｓ７、Ｓ９）とを追加することにより容易に実現出来るため、日常管理も容易である。
【００２８】
製品の製造に際して、図２に示した処理を実行するプロセスは、例えば以下のように実行される。製造プロセスにおいて、マルチオキサイド工程に仕掛かっている例えば２５枚構成のウエハ中で、２５枚目のウエハを第２ゲート酸化処理の前で抜き取り、ウエハ上での膜厚測定（ステップＳ５）、モニターしたい条件のプラズマ窒化処理（ステップＳ６）、及び、ウエハ上での膜厚測定（ステップＳ７）の追加工程を実施した後に、他の２４枚のウエハと合流させて第２ゲート酸化処理を行ない（ステップＳ８）、再度、ウエハ上での膜厚測定を行なう（ステップＳ９）。これによって、製品製造プロセス上で、図２のフローが実現できる。
【００２９】
なお、上記実施形態の製造プロセスでは、２５枚目のウエハのみにプラズマ窒化処理を行なっているため、２５枚目のウエハは１〜２４枚目のウエハとは窒素分布が異なってしまう。従って、プラズマ窒化処理後にウェット酸化を３ｎｍ程度行なうこととする。これによりＳｉ基板表面の窒化層は概ね除去されてしまうこと、及び、図１に示すようにプラズマ窒化後のウェット酸化による膜厚は、プラズマ窒化処理を行なわないときのウエット酸化による膜厚に比して薄くなることから、２５枚目のみについては、第１ゲート酸化の膜厚は予め薄く作製し、且つ、第２ゲート酸化による膜厚は逆に厚く作製する。これにより、２５枚目も１〜２４枚目と同じ膜厚になるようにプロセスを組み立てることが可能となり、製品の品質に大きな影響を及ぼすことなく、実際の製品上で窒素量の定常的なモニターが可能になる。
【００３０】
図１で、窒素量が５〜２５ａｔｏｍ％の場合には、ウエット酸化による第２のゲート酸化後の膜厚は、酸化前に比して約０．４ｎｍ／１０ａｔｏｍ％の増加があることが分かる。従って、０．１ｎｍの膜厚差が検出できれば、２．５ａｔｏｍ％の窒素量のばらつきをモニターできることになる。ＳＩＭＳやＸＰＳ測定でも、１０％程度の測定誤差を含んでいることを考えると、窒素量の単純なモニターとして、本発明の手法は、これら従来の測定手法に比して、より精度高く窒素量を定量するといえる。
【００３１】
図２のプロセスでは、日常管理を定期的に行なうことを目的に、製品を用いた管理手法を記載したが、これに代えて、例えば白パターンと黒パターンとが均等に配置されている格子パターン（市松模様）が実現できるレチクルを用いれば、製品を用いることなく、同様の評価を簡易に行なうことが出来る。以下にこのときの処理の概要を示す。
【００３２】
新品のＳｉウェーハ上に、第1の酸化処理である第1ゲート酸化に相当する酸化を行なった後、前記格子パターンを有するレチクルを使用し、フォトリソグラフィー、及び、酸化膜エッチングを続けて行なうことにより、格子パターン状に厚膜部領域２０と薄膜部領域３０の作り分けを行なう。続けて第１の膜厚測定（ステップＳ５）、プラズマ窒化処理（ステップＳ６）、第２の膜厚測定（ステップＳ７）、及び、第２の酸化処理である第２ゲート酸化をウェット酸化で行ない（ステップＳ８）、次いで、薄膜部領域３０における第３の膜厚測定を行なう（ステップＳ９）。このプロセスによる評価は、先の実施例で示したものと同様の評価になっている。
【００３３】
上記簡易プロセスを用いることの利点は、単純なフローで簡便に窒素量の定量が行なえること、及び、製品に影響を及ぼすことなく評価が可能なことにあるが、製品フローを用いた評価に比べ日常管理の簡便性はやや劣っている。なお、図１と同じ測定を行なうだけであれば、新品のＳｉウェーハ上に直接プラズマ窒化、ウェット酸化を続けて行なった後に、膜厚測定を行なうことによっても実現可能である。
【００３４】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて説明したが、本発明の窒素の定量方法、及び、半導体装置の製造方法は、上記実施形態の構成にのみ限定されるものではなく、上記実施形態の構成から種々の修正及び変更を施したものも、本発明の範囲に含まれる。
【産業上の利用可能性】
【００３５】
本発明の半導体装置における窒素量の定量方法は、マルチオキサイドプロセスを採用するＤＲＡＭ装置などの半導体装置の製造に好適に用いられる。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】Ｓｉ基板上でのプラズマ窒化後に３．４ｎｍ条件のウェット酸化を行なった後の絶縁膜の膜厚と、ＸＰＳ測定による窒素量との間の相関関係を示すグラフ。
【図２】本発明の一実施形態に係る窒素量の定量方法を示すフローチャート。
【図３】図２のフローチャートにおける工程段階毎の半導体装置の状態を示す断面図。
【符号の説明】
【００３７】
１１：Ｓｉ基板
１２：酸化膜
１３：フォトレジスト膜
１４：酸化膜
１５：シリコン窒化膜
１６、１７：酸化膜（絶縁膜）
【図１】
2007073727.tif 000003
【図２】
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【図３】
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